无人机倾斜摄影测量在地形图测绘中的应用

无人机倾斜摄影测量在地形图测绘中的应用

佘伦

宁夏回族自治区测绘地理信息院

摘要：无人机摄影测绘、遥感等新技术已被广泛地应用于地理信息、灾害监测和测绘等领域。在工程测绘中，利用航测技术可以克服传统的地形、天气、人为因素等问题。在复杂的矿山、铁路、山区等环境条件下，可以减少地形图测绘的误差，提高精度和工作效率。由于航空摄影技术在地形图上的应用日益普遍，因此，在工程施工中，测绘人员必须具备专门的测绘技术，对数据进行分析和处理，确保所获取的数据能够真实地反映出该地区的整体状况，减少环境因素对地形图数据采集的影响，保证无人机技术的科学性和有效性。

关键词：无人机；倾斜摄影测量；地形图测绘；应用

1无人机倾斜摄影测量

无人机倾斜摄影测量是以无人机为飞行平台，通过搭载多镜头倾斜相机（最常见的是五镜头倾斜相机）获取地表遥感影像信息的无人航测数据获取系统，主要分为外业数据获取和内业模型制作两部分。外业工作主要包括现场踏勘、航线规划、像控布测、影像采集等步骤；内业工作主要包括数据整理、空三加密、三维建模、模型修复等步骤。

2无人机硬件选择

2.1飞行设备的选择

就目前来看，市场上的无人机种类繁多，若根据其动力系统进行分类，则可以分为电池动力和内燃机动力两种类型；若根据飞行方式进行分类，则可以分为旋翼和固定翼两种类型。由于无人机在飞行过程中普遍存在机身震动等问题，所以单就成像质量来看，电池动力型无人机明显要高于内燃机动力型无人机；在续航时间以及作业效率方面，固定翼型无人机的作业效率更高；在飞行稳定方面，旋翼型无人机的飞行稳定性明显更高。相关部门应根据实际需要，谨慎选择。

2.2摄像头的选择

在采用无人机倾斜摄影实景三维技术时，相关部门必须注意以下几点。航测标准要求无人机摄像头的像素不得低于3500万，进行倾斜摄影时不能对单一摄像头的像素进行限定，但是需要控制一次曝光获取的像素。在性能方面，航测标准要求明确倾斜摄像头的作业时间、续航时间、影像能力、曝光功能以及POS记录等多个方面的表现。第一，倾斜摄影一次曝光采集的像素应越高越好，且单个摄像头的像素不得低于2000万，一次曝光应超过1亿像素。第二，倾斜摄影作业时间至少在90分钟以上，且最好具备全天候作业的能力。第三，优先选择具备定点曝光功能的定焦镜头，且对焦距离能够满足重叠度的测量需求。

3无人机倾斜摄影测量在地形图测绘中的应用

3.1无人机航摄像控点的布设作业

在无人机航测时，航摄像控点测量需要满足两方面要求：一是数量和精度，二是目标影像应当定位清晰。无人机测绘摄影技术具有飞行高度较低、较慢的特点，容易受到大气升力和风力的影响，产生不均匀的重叠，因此，航摄像控点的设置和测绘提出如下要求：

在空三加密中，航摄像控点分布为平面点、高程点、高程检查点三大类。这一工作重点是平面点，一些是检查点，其布置要遵守原则：航摄像控点布设要在整个测区均匀分布，并布置在容易发现和辨认的地方，尽可能布置在地面上，比如在公路交汇处，在色彩划分清晰的地方，方便准确定位；如谷歌图像之类的现有图像来确定有没有较差的区域，比如森林或玉米田，这些区域应该在无人机起飞前喷洒石灰或其他可辨认的标记。

所选择的影像控制点，应使影像清晰、易于辨认，尤其是影像边缘的影像，必须清晰、准确，不能有任何异议，要有清晰的记号，例如：建筑朝向应注明是在东南方向，或在西北方向。

3.2数字空中三角测量

采用全数字摄影测量工作站完成空中三角测量，计算软件采用ContextCapture软件。把原始像片和像控点坐标加入软件的中，利用ContextCapture的相机自检校模块计算相机的参数，然后采用空三区域内的点匹配结果和初始外方位元素进行区域网平差。空三解算完成后，像控点平面最大误差0.033m，高程最大误差0.076m，像控点平面中误差±0.018m，高程中误差±0.045m；满足《1∶5001∶10001∶2000地形图航空摄影测量测量内业规范》要求。

3.3制作地形图

以大比例尺地图的制作为例，在制作过程中，采集的数据将成为构建三维模型的基础。因此，工作人员必须操控无人机采集地貌、地物以及各个标记点的影像数据。如果因存在遮挡物而无法采集地貌信息，工作人员需要对无法采集的区域单独标注，然后及时反馈给外业测量人员，督促其使用全站仪进行补录，从而确保采集数据的全面性、准确性。另外，在采集线状地物的影像数据时，工作人员需确保无人机的采集方向与线状地物的实际走向相一致，并且线状地物能够准确接触到边线。在保证各项数据没有误差的前提下，工作人员应使用CASS10.1软件平台自动化处理数据，生成被测区域的数字规划图，然后再人工标注各个采集点，例如水系、建筑物、高程、地名等。需要注意的是，各个标记点的疏密程度须与地图的比例尺保持一致，以保证地图的精准度和美观性。

3.4立体测图

采用三维测图系统（Mapmatrix3D）平台进行裸眼3D立体测图，从测绘与地理信息角度构建数据模型，将图形和属性融为一体。立体采集工作流程为：工作环境准备、建立mm3D文件、导入三维模型及坐标文件、立体编辑处理、数据检查、成果输出。

Mapmatrix3D支持OSGB倾斜三维测图，支持数据采集、编辑、入库一体化工作流程。所有地理要素全部用骨架线+属性描述方式表示，完全满足GIS建库与应用需求，在显示与打印环节动态符号化，完全满足图式规范与制图需求。

3.5精度检测

无人机管家智能拼图的空三成果，通过DOM成果的精度检验，检验其是否符合1:1000地形图测绘要求。

(1）控制点空三精度

在整个航测过程中，空三的精度直接影响到最终成图的精度。空三精度质量检查一般通过空三解算报告和立体采集检查点来完成。

(2)DOM精度检验

将控制点、检查点与DOM套在一起，对DOM精度进行检验，以确定1:1000DOM影像精度是否满足要求。

(3）采用GPS实时动态测绘，采用800多个随机测绘点作为地形图绘制过程中的检查点，经检验，大部分平面位置误差小于5cm，高程误差不超过0.15m，精度满足规范要求。

4无人机低空地形图测绘发展方向

第一，对地形图控制是有序的。随着地图的不断完善，低空无人机拍摄技术的推广也日益普及，该技术的有序发展，使图像的精度提高。在已有的测图技术指导下，有序的测量控制技术应完成转换，在导航系统的约束条件下，将其用于精细划分，并在主观条件与客观条件许可的前提下，摄影时间进行设定，做好控制点的精确位置。

第二，采用智能化的变形监控技术。在信息技术快速发展的支撑下，利用无人机进行低地飞行测量，可以将各种不同的测绘技术和应用技术融合在一起，从而达到对地面形体的智能化监控。当变形监控记录偏差超过一定的限度时，数据处理中心将会进行相应的回应，协助技术人员结合实际状况，制定有效的解决办法。

结论

无人机倾斜摄影测量技术可以从五个方向获取影像数据，以大范围、高精度、高清晰的方式全面感知复杂场景，直观反映地物的外观、位置、高度等属性，同时有效提升三维模型的生产效率。此外，基于Mapmatrix3D的立体测图可获取更加精准、全面的DLG数据信息。

参考文献：

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